金属研究的有机化学论文提纲

论文题目：金属有机化学溶液法REBa₂Cu₃O_7-x超导涂层导体的厚度效应和人工钉扎性能

摘要：自高温超导材料被发现以来,其高载流能力在电力系统中的应用前景吸引了人们广泛关注。超导在电力方面应用的关键问题是获得低成本、高临界电流的线带材。近年来基于薄膜外延技术发展起来的REBa2CuO7-x（REBCO）涂层导体（即第二代高温超导带材）已经在全球范围内正在以不同技术路线逐步实现产业化批量化制备。高品质REBa2Cu3O7-x超导膜的制造工艺,如脉冲激光沉积（PLD）,共蒸发（CE）,化学气相沉积（CVD）液相外延（LPE）和金属有机沉积（MOD）等的研究已经取得了重大进展。这些制备方法可以产生高取向度的超导薄膜,并获得了高性能涂层导体。在不同沉积工艺中,不降低临界电流密度的情况下实现膜厚度的有效增加,均是一个重要的研究问题。MOD是实现涂层导体低成本、批量化制备非常有优势的途径之一。目前,国内外研究团队在这方面已经做了很多工作,采用该方法获得的超导临界电流已经达到了300-500 A/cm（77K,自场）。在MRI、能量存储系统、发电机、发动机、电缆、超导线材和带材、加速器、电磁铁等中使用超导材料可以大大提高其机械性能。在这些应用过程,即使高的磁场中HTS在低温区也具有非常高的Jc值。许多结晶缺陷如非超导相的细小析出物、位错、空位、晶界等被认为是超导材料的钉扎中心。然而,Jc值随着磁场中温度的升高而迅速降低,其主要原因是超导体中缺乏有效的钉扎。鉴于此,已经开发了一种新的技术,即通过纳米结构工程在HTC材料中引入人工钉扎中心。其目的在于以纳米点、纳米棒或纳米颗粒作为钉扎中心提高临界电流密度及改善的REBCO超导膜的钉扎性能。如通过引入有效的人工缺陷来增强磁通钉扎,进而改善高磁场下的载流能力。本论文主要针对金属缓冲层上REBa2Cu3O7-厚膜外延生长及人工磁通钉扎性能提高等方面开展研究。主要研究内容和成果如下:（1）使用不同氟含量的或者不同的起始浓度的前驱液进行实验,制备了一系列不同厚度的超导膜。实验结果表明,同一种前驱溶液制备的Y（Gd）BCO薄膜存在厚度限制。基于起始溶液浓度,选用合适的提拉速度,制备出具有良好超导性能的REBa2Cu3O7-x厚膜。在这项研究中,还着力于将不同的第二相纳米粒子引入REBa2Cu3O7-x基体中,以提高其涡旋钉扎性能。（2）提出了一种基于一维人造中心（SrZrO3纳米粒子）与三维人造中心（Dy2O3纳米粒子）组合掺杂的方法。使用SLF-MOD,成功生长了Dy2O3和SZO共掺杂的高性能的单层YBCO薄膜,并达到了非常高的临界电流密度。所有的薄膜都具有由钉扎中心组成的丰富的微结构。采用3M%的SZO和50%Dy2O3,获得了表面光滑和织构良好的外延YBCO膜,并提高了其自场Jc和Fp（B）,实现了15 NG/m~3的钉扎能（1.8 T的磁场,50 K）。尽管Tc略有下降,但Jc与磁场有很好的相关性。此外,发现低温下纳米颗粒的Fp,max（B//c）比纳米棒要强得多。在这项工作中,两种类型的APC的有效组合同时被添加到YBCO薄膜中,这实现了强磁通钉扎,而导致磁场中Jc和Fp的总体增强。（3）提出了另一种基于在低氟MOD在双层YDyBCO膜的基质中插入SrZrO3（SZO）或BaZrO3（BZO）的中间层的方法。通过在膜中添加插层,加深理解YBCO膜Tc和Jc性能的基本机制和超导性能的机理。众所周知,在场Jc与磁通钉扎密切相关。通过引入SZO使得Jc（B）曲线钉扎优势和高电流密度在大磁场范围内得以保持（外场从B=0升至5 T,温度范围为50 K至77 K）。 （4）通过改变溶液组成获得第二相显著分布的高温超导涂层导体薄膜,其已被证明在三维人造钉扎中心方面是成功的。该方法通过改变溶液组成在YDyBCO中获得Dy2BaCuO5二次相。该超导膜的厚度相对较大（约1μm）,为双层结构YDyBCO/YDYBCO+Dy211。使用改进的Bean模型,讨论了具有不同插层薄膜中的磁通钉扎机制。总之,本论文通过REBa2Cu3O7-x低氟MOD的制备和表征,重点研究了第二相掺杂量的优化,获得了优质的厚膜,明确了掺杂量对微结构,超导转变温度和临界电流密度的影响。

关键词：TFA-MOD;厚度;钉扎中心;钉扎力;元素掺杂;SZO;BZO;REBCO涂层导体;临界温度T_c;在场性能

学科专业：凝聚态物理

摘要

ABSTRACT

Chapter 1. Introduction and Literature Review

1.1 Brief History of Superconductivity

1.1.1 Introduction to superconductor

1.1.2 Type of superconductors

1.1.3 Pinning mechanism in type Ⅱ superconductors

1.2 Key Issues for Improving Properties of YBa_2Cu_3O_(7-x)

1.2.1 Dependence of critical current density on film thickness

1.2.2 Vortex pinning in YBa_2Cu_3O_(7-x) films

1.2.3 Weak superconducting coupling across grain boundaries

1.3 REBa_2Cu_3O_(7-x) superconductor coated conductors

1.4 REBa_2Cu_3O_(7-x) Thin Film Growth Technology

1.4.1 Physical methods

1.4.2 Chemical methods

Chapter 2.Experimental Method and Characterization Techniques

2.1 Motivation

2.2 Preparation of REBa_2Cu_3O_(7-x) Coated Conductors

2.3 Techniques of Characterization and Measurements

2.3.1 Microstructure characterization

2.3.2 Superconducting properties

Chapter 3. Thick REBa_2Cu_3O_(7-x) Superconducting Films by Single Coating of Low-Fluorine MOD

3.1 Introduction

3.2 Experimental Details

3.3 Structural Analysis

3.4 The Superconducting Properties

3.5 Summary

Chapter 4. Enhanced Flux Pinning in YBaCuO_(7-x) Films with Co-Doping SrZrO_3 and Dy_2O_3 Nanoparticles

4.1 Introduction

4.2 Experimental Details

4.3 Structural Analysis

4.4 Superconducting Properties

4.4.1 Self-field performance

4.4.2 In-field performance

4.5 Summary

Chapter 5. Artificial Bilayers of YDy_(0.5)Ba_2Cu_3O_(7-δ) with SrZrO_3 and BaZrO_3 Interlayers

5.1 Introduction

5.2 Experimental Details

5.3 Structural Analysis

5.4 The Superconducting Properties

5.4.1 Self-filed performance

5.4.2 In-field properties

5.5 Summary

Chapter 6. Artificial Bilayers of YDyBCO+Dy211/ YDyBCO

6.1 Introduction

6.2 Experiment Details

6.3 Structural Analysis

6.4 Superconducting Properties

6.4.1 Self-field performance

6.4.2 In-field properties

6.5 Summary

Chapter 7. Conclusions and Further Work Proposed

7.1 Conclusions

7.2 Further Work Proposed

REFERENCES

AUTHOR PUBLICATIONS

ACKNOWLEDGEMENTS